한국연구재단은 성균관대 이기라 교수 연구팀이 손실없이 빛의 흐름을 마음대로 제어할 수 있는 다이아몬드 구조의 광결정을 나노입자들이 스스로 모여 만들어지도록 하는 방법을 최초로 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 서로 짝을 이루는 유전자 정보를 갖는 DNA를 구형 나노입자와 4면체 모양의 나노입자에 각각 붙이고 DNA가 짝을 이루어 결합하게 했다.

이 결과 다이아몬드 구조와 파이로클로로 구조가 서로 침투한 구조인 라베스 구조가 만들어졌다. 연구팀은 이 구조에서 파이로클로로 구조를 없애면 다이아몬드 구조가 얻어질 수 있다고 설명했다.

다이아몬드 구조는 탄소로 이루어진 다이아몬드 결정 구조와 같이 나노입자가 3차원 공간에 배열된 결정 구조이며 파이로클로로 구조는 사면체 입자의 꼭지점끼리 만나 형성되는 3차원 결정 구조를 말한다. 라베스 구조는 다이아온드 구조와 사면체 입자가 서로 침투하며 형성된 결정 구조다.


연구팀이 개발한 다이아몬드형 광결정 구조는 1990년 다이아몬드 구조가 우수한 광결정 구조라는 것이 보고된 이후 26년간 미해결로 남아있던 다이아몬드형 광결정 구조를 빛의 파장 크기 수준에서 실험적으로 구현했다는 점에서 더욱 의미가 크다.

다이아몬드 결정 구조의 광결정은 넓은 광밴드갭을 가지며 이를 구현하면 3차원 공간에서 빛을 다양한 형태로 제어할 수 있다.

이기라 교수는 “이 연구는 오랫동안 풀지 못했던 3차원 다이아몬드 광결정 구조를 구현한 것”이라며 “광결정 구조 기반의 디스플레이, 레이저, 센서 분야의 중요한 기반이 되어 광소자에서 광컴퓨터까지 활용될 수 있고 특히 파이로 클로로 구조는 최근 주목받고 있는 메타물질에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이 연구성과는 교육부·한국연구재단 글로벌연구네트워크지원사업, 미래창조과학부·한국연구재단 기초연구원사업의 지원으로 수행됐다. 국제적인 학술지 네이처 머터리얼즈(Nature Materials) 2월 27일자에 게재됐다.

/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com